Pesquisadores do Rensselaer Polytechnic Institute desenvolveram uma nova "microlente" baseada em nanotecnologia que usa ouro para aumentar a força da imagem infravermelha e pode levar a uma nova geração de câmeras de satélite ultra-potentes e dispositivos de visão noturna.

Aproveitando as propriedades únicas do ouro em nanoescala para "espremer" a luz em pequenos orifícios na superfície do dispositivo, os pesquisadores dobraram a detectividade de um detector infravermelho baseado em pontos quânticos. Com alguns refinamentos, os pesquisadores esperam que essa nova tecnologia seja capaz de aumentar a detectividade em até 20 vezes.

Este estudo é o primeiro em mais de uma década a demonstrar sucesso em aumentar o sinal de um detector infravermelho sem também aumentar o ruído, disse o líder do projeto Shawn-Yu Lin, professor de física na Rensselaer e membro do Future Chips Constellation e do Smart Lighting Engineering Research Center da universidade.

"A detecção de infravermelho é uma grande prioridade agora, já que a tecnologia de imagem de satélite infravermelho mais eficaz tem o potencial de beneficiar tudo, desde a segurança interna ao monitoramento das mudanças climáticas e do desmatamento, "disse Lin, que em 2008 criou o material mais escuro do mundo, bem como um revestimento para painéis solares que absorve 99,9 por cento da luz de quase todos os ângulos.

"Mostramos que você pode usar ouro nanoscópico para focar a luz que entra em um detector infravermelho, o que, por sua vez, aumenta a absorção de fótons e também aumenta a capacidade dos pontos quânticos incorporados de converter esses fótons em elétrons. Esse tipo de comportamento nunca foi visto antes, " ele disse.

Resultados do estudo, intitulado "A Surface Plasmon Enhanced Infrared Photodetector Baseado em InAs Quantum Dots, "foram publicados online recentemente pelo jornal Nano Letras . O artigo também aparecerá em uma próxima edição da edição impressa da revista. O Escritório de Pesquisa Científica da Força Aérea dos EUA financiou este estudo.

A detectividade de um fotodetector infravermelho é determinada pela quantidade de sinal que ele recebe, dividido pelo ruído que recebe. O atual estado da arte em fotodetectores é baseado na tecnologia de mercúrio-cádmio-telureto (MCT), que tem um sinal forte, mas enfrenta vários desafios, incluindo longos tempos de exposição para imagens de baixo sinal. Lin disse que seu novo estudo cria um roteiro para o desenvolvimento de fotodetectores infravermelhos de pontos quânticos (QDIP) que podem superar os MCTs, e preencher a lacuna de inovação que atrofiou o progresso da tecnologia de infravermelho na última década.

Os QDIPs de plasmon de superfície são longos, estruturas planas com incontáveis ​​orifícios minúsculos na superfície. A superfície sólida da estrutura que Lin construiu é coberta com cerca de 50 nanômetros - ou 50 bilionésimos de metro - de ouro. Cada buraco tem cerca de 1,6 mícron - ou 1,6 milionésimo de metro - de diâmetro, e 1 mícron de profundidade. Os buracos são preenchidos com pontos quânticos, que são cristais em nanoescala com propriedades ópticas e semicondutoras únicas.

As propriedades interessantes da superfície dourada do QDIP ajudam a focar a luz que chega diretamente nos orifícios da microescala e a concentrar efetivamente essa luz no conjunto de pontos quânticos. Esta concentração fortalece a interação entre a luz capturada e os pontos quânticos, e, por sua vez, fortalece a capacidade dos pontos de converter esses fótons em elétrons. O resultado final é que o dispositivo de Lin cria um campo elétrico até 400 por cento mais forte do que a energia bruta que entra no QDIP.

O efeito é semelhante ao que resultaria de cobrir cada pequeno orifício no QDIP com uma lente, mas sem o peso extra, e sem o incômodo e o custo de instalação e calibração de milhões de lentes microscópicas, Lin disse.

A equipe de Lin também demonstrou no jornal que a camada de ouro em nanoescala no QDIP não adiciona nenhum ruído ou afeta negativamente o tempo de resposta do dispositivo. Lin planeja continuar aprimorando esta nova tecnologia e usar ouro para aumentar a detectividade do QDIP, ao alargar o diâmetro dos orifícios da superfície e ao colocar mais eficazmente os pontos quânticos.

"Eu penso isso, dentro de alguns anos, seremos capazes de criar um dispositivo QDIP baseado em ouro com um aumento de 20 vezes no sinal do que temos hoje, "Lin disse." É uma meta muito razoável, e poderia abrir toda uma nova gama de aplicações, desde melhores óculos de visão noturna para soldados até dispositivos de imagens médicas mais precisos. "